水利工程隧洞灌浆施工技术探讨

　　摘要：在水工建筑施工中常遇到水工隧洞施工、堤坝防渗加固等技术要点问题。水工隧洞施工的主要内容是开挖、出渣、衬砌或支护、灌浆等。本文结合工程实例，介绍了回填灌浆、岩石固结灌浆、钢衬接触灌浆等所采用的施工技术和施工工艺,可供同行借鉴。
　　关键词：水利工程；隧洞；灌浆
　　1工程概况
　　隧洞围岩基本稳定。隧洞全长237m，断面为圆形，内径5.5m，衬砌厚度为60cm，混凝土标号为C25,S8。隧洞进入正常运行时其流速为3.54m／s，洞身静水头约52m，水锤压力约20m。处于高压下的洞内各种缺陷对于结构的受力极为不利。为弥补施工中的缺陷，设计方面采用回填灌浆、固结灌浆等手段以提高岩石承载力改善围岩和混凝土的受力条件。
　　2灌浆工艺
　　2．1类序
　　当在一个部位做2种或2种以上的灌浆时按照“尽可能为下一项灌浆创造有利条件避免受到不良影响的原则”，隧洞在设计方面将灌浆施工顺序最终确定为：顶拱回填灌浆→岩石固结灌浆→帷幕灌浆→钢衬接触灌浆。
　　2．2排序
　　按照排序的原则，在基岩破碎、空隙较大有远距离跑浆、冒浆的情况下，先做外围排，然后按逐排向中间推赶的顺序进行。由于本隧洞基岩为II类石英片岩，围岩基本稳定，而且隧洞混凝土衬砌工作已经结束，加之回填和固结灌浆面积较大，为保证后续孔灌浆时的排水、排气。灌浆方案确定从隧洞两头向中间逐排或隔排推进的方式进行，既解决了排水、排气的问题，同时又保证了在规定的灌浆压力之下。对隧洞顶部空腔和岩石裂隙充分灌浆的要求。
　　2．3孔序
　　无论哪种灌浆。原则上都应将灌浆孔分成若干次序，按照先疏后密、中间插补的办法逐步施工，本隧洞施工按照地质条件完整、围岩稳定的状况。将孔序分成2个次序。这样布置的好处在于：可逐步地、更加准确的探明地质情况，以便必要时及时增减设计的孔数；可以减少或者避免钻孔之间浆液串通带来的麻烦：可以逐步地增加地层密实性及其强度。
　　2．4工序
　　每个灌浆孔或灌浆段的工序安排，一般是：钻孔→钻孔冲洗→压水试验→灌浆→封孔。
　　2．5分段
　　隧洞固结灌浆孔深为3m。帷幕灌浆孔深为15m，由于固结灌浆孔较浅，根据本隧洞的特点和规范要求，仅在帷幕灌浆孔进行了自下而上的分段方法，即：先将一个灌浆孔连续钻到设计深度，然后采用“段顶堵塞法”,自下而上地分段灌浆直至孔口。固结浆则采用全孔一次灌浆，不在进行分段。
　　2.6纯压式和循环式灌浆
　　在灌浆施工中，按照浆液在孔中的流动路线，可区分为纯压式和循环式2种。纯压式灌浆是指浆液进入孔内后不能再返回灌浆来，除被地层空隙吸收的以外，剩余的便留在孔中。该种方法缺陷在于：进入孔内的浆液在岩层吃浆量较小的情况下容易堵塞，导致压力表不能正常反映真实情况而提前结束灌浆工作。所以《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》中明确规定:“应优先采用孔内循环法灌浆”，因此本隧洞采用循环式灌浆，循环式灌浆是指灌入孔内的过剩浆液可以从孔中在返回到灌浆继续循环的灌浆方式。纯压式和循环式灌浆浆液流动路线如图1所示。
　　
　　图1灌浆浆液流动路线图
　　3、灌浆的应用
　　在隧洞施工中一般按照顶拱回填灌浆→岩石固结灌浆→钢衬接触灌浆的顺序进行。由于本隧洞的桩号0+0.15处与坝体轴线相交，隧洞在施工中按照顶拱回填灌浆→岩石固结灌浆→帷幕灌浆→钢衬接触灌浆的顺序进行。
　　3．1回填灌浆
　　回填灌浆主要用于隧洞混凝土衬砌层的背后，尤其在分布有断层、岩溶洞穴的地方，由于施工困难，多会遗留下较大空隙，为使混凝土层与围岩紧密结合，改善受力条件，有针对性地对较大空隙进行灌浆。
　　隧洞混凝土施工中由于采用的是先浇筑底部1/4，再浇筑上部混凝土的工序，因此底部和两侧的混凝土相对比较密实，而顶部的混凝土由于自重的原因，始终和隧洞上部岩石形成一定的空隙，无法结合紧密。因此也是回填灌浆所要解新决的主要问题，如图2所示。
　　
　　3．1．1灌浆压力和浓度变化
　　回填灌浆采用从隧洞两头向中间逐排或隔排推进的方式进行，浆液浓度的变换是灌浆中的关键。由于隧洞顶部的空腔往往较大，因此一序孔可灌注水灰比为0.6:1浓度较大的水泥浆。二序孔视一序孔的灌浆效果可选择灌注1：1或0.6:1两个比级的水泥浆，隧洞设计回填灌浆压力为0.5Mpa,在规定压力0.5Mpa下灌浆孔停止吸浆，延续灌浆5min即可结束灌浆工作。
　　3.1.2质量检查
　　回填灌浆质量检查采用钻孔注浆法，即向孔内注入水灰比2：1的浆液，在规定压力0.5Mpa下,初始10min内注入量不超过10L，即为合格。
　　3．2固结灌浆
　　固结灌浆主要对隧洞破碎岩石进行加固，以提高岩石的承载能力，减少内外渗水量为目的。隧洞固结灌浆孔与回填灌浆孔在设计上位置相同。只是在原回填灌浆孔上加深至3m即可。固结灌浆排序与回填灌浆相同。也是从隧洞两头向中间逐排或隔排推进的方式进行。由于隧洞围岩稳定、完整。裂隙较少，因此浆液浓度可选择2：1较稀比级的水泥浆。
　　3.2．1压水试验
　　压水试验是用一定压力向钻孔内压水，记录单位时间内的漏水量。从而得出这段岩体原位透水性的一种实验。在地质勘探前做压水试验，可以帮助确定将来有无必要做防渗处理和处理的范围；在灌浆前做压水试验，可以了解和掌握每批灌浆孔对地基的改善程度以及为确定开灌浆液浓度比级作参考；在灌浆结束后做压水试验，可以用来评价灌浆是否达到了要求标准。灌浆前可采用单点法压水试验，即：压水试验成果以透水率q表示，单位为0.01L／(min.mm.mm)。
　　压水试验成果按以下公式计算：q=Q／PL，式中q-透水率，O.01L／(min.mm.mm);Q-压入流量，L／min；P-作用于试段内的全压力，MPa；L-试段长度，m。
　　根据规范规定。压水试验的压力以灌浆压力为标准取值，即：当灌浆压力为1～3MPa时，压水试验压力取1MPa，当灌浆压力小于工艺品或等于1MPa时，压水试验的压力值取灌浆压力的80％。水工隧洞中一般以透水率5×0.01L／(min.mm.mm)为标准，即：当灌浆前的压水试验q值大于5×0.01L／(min.mm.mm)时,考虑采用较浓比级的浆液开灌；若灌浆结束后，压水试验q值小于5×0.01L／(min.mm.mm)时，则可结束灌浆。
　　3.2.2灌浆压力和浓度变化
　　固结灌浆的设计压力为3MPa，按照规范：“固结灌浆的压力大于3MPa时，灌浆孔应该分段进行灌浆。”但由于隧洞的固结灌浆孔为3m，符合规范规定的：“固结灌浆孔基岩段长小于6m,可全孔一次灌浆，当地质条件不良时，可分段灌浆”，加之本隧洞围岩稳定。因此采用单孔一次灌浆。在灌浆过程中，随着地质条件的变换不同,水泥浆的变换浓度也是不同的，遇见地质条件较差时,采取把水泥浆液的浓度提高1～2个浓度较高的比级。当某一比级浆液的注入量已达到300L以上或灌注时间已达到1h。而灌浆压力和注入率均没有改变时。立即变换浓度高一比级的浆液。实际施工中根据经验灵活掌握。由于配浆的铁槽容积为150L,因此在30min内基岩连续吃浆超过600L(即4槽)或者吃浆率大于10L／min时，可以立即提高浆液浓度。这样不仅可以保证灌浆质量，而且可以提高灌浆效率。多数资料和有经验的专家通过总结证明：除特大吃浆段外，一般情况的灌浆，都应在1～4h内结束，而过多的延长时间，对于加固岩层的效果并不明显。在规定值3MPa的压力下，灌浆孔注入率不大于O.4L／min时，延续30min。即可结束。
　　3．2．3质量检查
　　在灌浆孔结束灌浆3～7d后可以进行质量检查，固结灌浆检查孔的检查数量不少于5％，不合格孔段的透水率值不超过设计规定值的50％。且不集中，灌浆质量可认为合格。隧洞固结灌浆的检查采取了单点法压水试验，压水试验过程中，除地层中部分地段破碎个别孔的透水率q>5×0.01L／(min.mm.mm)外，其余质量均为合格。对个别不合格孔，按照要求当透水率q>5×0.01L／(min.mm.mm)时有两种处理办法:若q<7.5×0.01L／(min.mm.mm)时，则认为合格；若q>7.5×0.01L／(min.mm.mm)时，则该孔需要重新灌浆，直至透水率符合标准。
　　3．3接触灌浆
　　隧洞0+217～0+237段为钢衬段。接触灌浆主要是弥补钢构件与混凝土之间的空隙。由于顶部钢衬管和岩石之间的空隙已经由回填灌浆来弥补，因此，接触灌浆主要是解决两侧混凝土与钢衬管结合不紧密的脱空区。在混凝土浇筑质量较好脱空区较小的情况下，接触灌浆工作可以不做。
　　3．3．1钻孔及灌浆
　　钢衬管脱空区的判断由现场用小锤敲击检查确定，每个脱空区在上、下最高处和最低处各布设一个灌浆孔，孔径不小于12mm。
　　灌浆前用风检查缝隙串通情况。吹除空隙内的污物和水。风压必须小于灌浆压力,为避免钢衬变形,一般灌浆压力不大于0.1MPa，灌浆浆液水灰比可采用1:1,0.81，0.6:1三个比级。为保证灌浆质量，应尽量多灌注较浓的浆液，必要时可加入减水剂。
　　灌浆的次序应从低孔开始。在灌浆中敲击震动钢衬，从高处孔分别排出浓浆后，依次将其孔口阀门关闭。在规定的压力下，灌浆孔停止吸浆，延续灌注5min,即可结束。
　　3．3．2质量检查
　　灌浆结束后7～14d后采用锤击检查脱空区面积是否满足设计要求。
　　4 结束语
　　综上所述，文章通过对水工隧洞灌浆施工技术的介绍，我们对其有了初步的了解。通过经验判断岩层吃浆量的大小、灌浆压力变化后及时调整浆液浓度。对于高效率的完成水工隧洞灌浆是非常重要的。特别是在局部岩层破碎的特大吃浆段，只有在具备施工经验的前提下，才能灵活掌握灌浆方法，及时处理，提高效率，保证灌浆质量。